Công nghệ mới trong hiển thị màu sắc trên màn hình

Một công nghệ màn hình mới đang mở ra hướng kết hợp giữa hiển thị màu sắc và thu hồi năng lượng, khi mỗi điểm ảnh có thể đảm nhiệm thêm vai trò giống một tế bào năng lượng mặt trời. Thiết kế này được kỳ vọng tăng gấp đôi lượng điểm ảnh, đồng thời cải thiện hiệu suất năng lượng cho điện thoại di động, thiết bị đọc điện tử và nhiều sản phẩm màn hình khác. Nếu tiếp tục phát triển, công nghệ còn có thể ứng dụng trong màn hình lớn, biển quảng cáo hấp thụ năng lượng hoặc các tấm năng lượng mặt trời được tích hợp như vật liệu trang trí. Ý tưởng cốt lõi nằm ở những tấm phản xạ quang điện được đưa vào bộ lọc màu, vốn thường chịu trách nhiệm tạo màu sắc cho từng điểm ảnh trên màn hình. Các tấm phản xạ này hoạt động tương tự bề mặt của pin mặt trời, hấp thụ một phần năng lượng ánh sáng thay vì để toàn bộ năng lượng đó biến thành nhiệt. Nhờ vậy, bộ lọc vừa duy trì khả năng tạo màu, vừa góp phần nâng hiệu quả hiển thị và mở đường cho những màn hình có khả năng tự thu hồi năng lượng. Jay Guo, giáo sư tại Đại học Michigan thuộc Cục Kỹ thuật Điện và Khoa học máy tính, là người phát triển thiết bị phản xạ bộ lọc màu quang điện có thể chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Kết quả nghiên cứu của ông cùng các cộng sự vừa được công bố trong một ấn bản gần đây của ACS Nano, tập trung vào khả năng tích hợp bộ lọc màu với tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ. Công trình cho thấy lớp vật liệu vốn chỉ được xem là thành phần quang học có thể tham gia trực tiếp vào quá trình khai thác năng lượng. Trong màn hình LCD truyền thống, chưa đến 8% ánh sáng phát ra từ đèn nền thực sự đi qua màn hình để đến mắt người xem. Phần ánh sáng còn lại bị hấp thụ bởi các bộ lọc màu và kính phân cực, khiến năng lượng bị thất thoát thay vì được sử dụng hiệu quả. Năng lượng bị hấp thụ ấy cũng làm màn hình nóng lên, hiện tượng người dùng có thể dễ dàng nhận thấy khi chạm tay vào bề mặt thiết bị sau thời gian hoạt động. Từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu đặt câu hỏi vì sao không thu hồi phần năng lượng đang bị lãng phí trong chính quá trình tạo hình ảnh. Bộ lọc mới hiện có thể chuyển đổi khoảng 2% năng lượng thuộc phần ánh sáng bị thất thoát thành điện năng có thể khai thác. Tỷ lệ này chưa biến màn hình thành nguồn điện độc lập, nhưng vẫn có khả năng giúp giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ trong những thiết bị sử dụng màn hình thường xuyên. Để chế tạo bộ lọc, các nhà nghiên cứu bổ sung những tế bào năng lượng mặt trời bán dẫn hữu cơ vào bộ lọc màu siêu mỏng, có tính thẩm mỹ và phù hợp với cấu trúc màn hình hiện đại. Nền tảng thiết kế này tương tự một loại bộ lọc mà Guo đã tạo ra trong phòng thí nghiệm hơn một năm trước, trước khi bổ sung chức năng thu hồi năng lượng. Cách tiếp cận này giúp nhóm không phải thay đổi hoàn toàn nguyên lý hiển thị, mà tập trung mở rộng công dụng của những lớp vật liệu vốn đã có trong màn hình. Bộ lọc gồm các tấm kim loại nano mỏng, được bố trí cách đều nhau để cộng hưởng, hấp thụ và phản xạ ánh sáng thuộc một màu sắc cụ thể. Màu sắc tạo ra phụ thuộc vào khoảng không giữa các khe hở, vì sự thay đổi kích thước không gian này làm thay đổi cách cấu trúc tương tác với ánh sáng. Nhờ kiểm soát chính xác khoảng cách, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra những bộ lọc màu hoạt động bằng cấu trúc nano thay vì dựa chủ yếu vào lớp vật liệu dày truyền thống. Với độ dày chỉ 200 nanomet, bộ lọc mới mỏng hơn 100 lần so với bộ lọc màu truyền thống, tạo lợi thế rõ rệt cho các thiết bị màn hình siêu mỏng trong tương lai. Công nghệ này vẫn cần được tiếp tục hoàn thiện trước khi xuất hiện rộng rãi trong điện thoại, máy đọc điện tử hoặc màn hình quảng cáo, đặc biệt ở khả năng thu hồi năng lượng và sản xuất quy mô lớn. Hiện các trường đại học đang theo đuổi việc bảo vệ bằng sáng chế cho sở hữu trí tuệ liên quan đến bài báo mang tên “Photonic Color Filters Integrated with Organic Solar Cells for Energy Harvesting”, tức “Bộ lọc màu photon được tích hợp với các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ cho sự hấp thụ năng lượng”.